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颗粒堆积床辐射–导热耦合传热等效导热系数参数化分析

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工程热物理学报 2024年第1期45卷 152-156页

作者：付金余罗明罡赵军明哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

颗粒堆积床在高温气冷堆等工业生产中有重要应用。对于事故下颗粒床核反应堆被动冷却的安全性分析,热辐射是最重要的传热机制。本文以表征颗粒堆积床辐射–导热耦合传热过程的传热特性的等效导热系数为研究对象,采用反向离散坐标光线追... 详细信息

颗粒堆积床在高温气冷堆等工业生产中有重要应用。对于事故下颗粒床核反应堆被动冷却的安全性分析,热辐射是最重要的传热机制。本文以表征颗粒堆积床辐射–导热耦合传热过程的传热特性的等效导热系数为研究对象,采用反向离散坐标光线追踪法与有限体积法结合求解颗粒床内热辐射–导热耦合传热,获得等效导热系数。与半经验模型进行对比并分析颗粒直径、颗粒导热系数和发射率对等效导热系数的影响。结果表明,长短程模型相比较其它模型,可以更好地预测颗粒床的等效导热系数,并且随着颗粒直径、颗粒导热系数以及发射率增加,颗粒床的等效导热系数显著增加。研究结果有助于理解颗粒堆积床中的辐射传热作用,为颗粒堆积床传热分析提供参考。

关键词：颗粒堆积床热辐射效应辐射换热等效导热系数

大变形下周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析

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计算力学学报 2024年

作者：阎军刘志辉隋倩倩聂英豪范志瑞大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室工程力学系大连理工大学宁波研究院大连工业大学机械工程与自动化学院

周期性多孔微结构广泛应用于新型柔性变体飞行器结构设计中。飞行器高速运行产生大量热的同时会发生严重的变形，多孔微结构的变形将直接影响到结构的散热效果。目前，关于周期性多孔微结构变形与等效导热系数之间的关系尚未得到充分的... 详细信息

周期性多孔微结构广泛应用于新型柔性变体飞行器结构设计中。飞行器高速运行产生大量热的同时会发生严重的变形，多孔微结构的变形将直接影响到结构的散热效果。目前，关于周期性多孔微结构变形与等效导热系数之间的关系尚未得到充分的研究。因此，本文开展大变形下三种周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析研究。基于逆向运动非线性分析方法，建立了考虑均匀压缩位移载荷下三种微结构大变形非线性分析模型，实现了三种微结构发生大变形下变形前结构形状的求解。利用稳态热传导方法求解变形前后结构的等效导热系数，并通过对比探讨变形与等效导热系数的变化规律。研究结果表明，在大变形情况下，随着压缩位移的增大，周期性轴对称多孔微结构变形前形状发生显著变化，等效导热系数的变化量最大接近90%，因此大变形下微结构等效导热系数的变化需被考虑。本研究为大变形情况下多孔微结构的传热设计提供了理论依据。

关键词：大变形周期性多孔微结构逆向运动等效导热系数

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平板热管多孔毛细芯等效导热系数预测

中国科学：技术科学 2021年第1期51卷 55-64页

作者：丹聃郭少龙张扬军李炜烽谢翌连红奎曾泽智诸葛伟林钱煜平清华大学车辆与运载学院汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 Laboratoire de Mecanique Modelisation&Procedes PropresL'Universite d'Aix-MarseilleMarseille M2P2France 重庆大学汽车工程学院重庆400044 北京微焓科技有限公司北京100084

本文以平板热管多孔结构毛细芯为研究对象,深入分析了毛细芯等效导热系数的影响因素及变化规律.针对多孔毛细芯微观结构随机分布且固相骨架相连的特点,采用扩散受限聚集模型对多孔毛细芯进行三维重构,对受限空间气体热导率进行计算,并... 详细信息

本文以平板热管多孔结构毛细芯为研究对象,深入分析了毛细芯等效导热系数的影响因素及变化规律.针对多孔毛细芯微观结构随机分布且固相骨架相连的特点,采用扩散受限聚集模型对多孔毛细芯进行三维重构,对受限空间气体热导率进行计算,并采用有限容积法对模型在稳态导热条件下的传热性能进行了数值计算,研究了在孔隙率和颗粒直径对多孔毛细芯等效导热系数的影响规律.研究表明,受限空间内气体导热系数远低于自由空间内的导热系数,标准大气压下仅为0.00986 W/m K;由于尺寸效应的影响,固体导热系数约为块材导热系数的0.9倍;经计算,毛细芯等效导热系数随孔隙率的增大呈减小趋势,且在颗粒直径越小的情况下变化越显著,如颗粒直径为40μm时,孔隙率0.4情况下的气固耦合等效导热系数为12.14 W/m K,约为孔隙率0.7时对应的导热系数(3.89 W/mK)的三倍;颗粒直径对多孔毛细芯导热系数影响显著,小孔隙率下等效导热系数随颗粒直径的增大而减小,大孔隙率情况下趋势相反.孔隙率为0.5的毛细芯等效导热系数与实验测试值偏差为12.1%,文章提出的模型适应性较好.

关键词：平板热管多孔毛细芯等效导热系数分形模型孔隙率

TRISO燃料颗粒等效导热系数理论模型研究

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核动力工程 2020年第6期41卷 69-74页

作者：钱立波余红星孙玉发邓坚陈伟刘余杜思佳沈丹红中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

三层各向同性碳包覆(TRISO)燃料颗粒由核芯和4层包覆层组成,具有良好的裂变产物包容能力,其等效导热系数是计算弥散微封装燃料等效导热系数的重要基础。本文首先从球坐标下基本导热方程出发,基于多相固体宏观等效导热理论,建立了TRISO... 详细信息

三层各向同性碳包覆(TRISO)燃料颗粒由核芯和4层包覆层组成,具有良好的裂变产物包容能力,其等效导热系数是计算弥散微封装燃料等效导热系数的重要基础。本文首先从球坐标下基本导热方程出发,基于多相固体宏观等效导热理论,建立了TRISO燃料颗粒等效导热系数理论计算模型;然后,结合固-固二元复合材料等效导热系数Chiew-Glandt模型分析了锆基微封装燃料(M3)芯体等效导热系数。结果表明,本文开发的模型可有效模拟TRISO燃料等效导热系数。基于开发的TRISO等效导热系数模型计算获得了全陶瓷微封装燃料(FCM)的等效导热系数。

关键词： TRISO燃料颗粒等效导热系数理论模型

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含分布式内热源复合平板等效导热系数模型

清华大学学报（自然科学版） 2023年第1期63卷 104-113页

作者：刘子平孙俊清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

复合材料广泛应用于能源工业等诸多领域,其等效导热系数是预测复合材料温度分布的关键参数。现有复合材料等效导热系数模型的分析对象大多不含内热源,对于核反应堆燃料等含分布式内热源复合材料的等效导热系数的研究还不够深入。该文针... 详细信息

复合材料广泛应用于能源工业等诸多领域,其等效导热系数是预测复合材料温度分布的关键参数。现有复合材料等效导热系数模型的分析对象大多不含内热源,对于核反应堆燃料等含分布式内热源复合材料的等效导热系数的研究还不够深入。该文针对含分布式内热源两相复合平板的导热问题,推导了预测其平均温度的等效导热系数理论模型,通过与无内热源情况对比,分析了内热源分布等因素的影响规律。将内热源随机分布对平均温度的影响分解为均匀分布加扰动的形式,分析了内热源偏离均匀分布时对等效导热系数的影响。结果表明:在一定条件下(如内热源分布较分散),内热源非均匀分布对平均温度的影响较小。研究结果可为今后研究核反应堆燃料的等效导热系数奠定基础。

关键词：等效导热系数复合平板分布式内热源平均温度核燃料

多孔材料等效导热系数与分形维数关系的数值模拟研究

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岩土力学 2009年第5期30卷 1465-1470页

作者：李守巨刘迎曦于贺大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度... 详细信息

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律,计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明,多孔材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而线性减小。在孔隙率为常数的条件下,模型等效导热系数随着模型比例因子的增加而呈指数增加。等效导热系数随着孔隙分形维数的增加而减小,随着固体颗粒分形维数的增加而增加。

关键词：多孔材料等效导热系数分形维数随机数值模拟有限元方法

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随机结构复合材料等效导热系数的理论预测

复合材料学报 2021年第9期38卷 2918-2926页

作者：孙海浩石义雷刘伟强石卫波粟斯尧肖雨国防科技大学空天学院长沙410073 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体,采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料,研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明:复合... 详细信息

基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体,采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料,研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明:复合材料的等效导热系数并非材料固有属性,纤维长度与试件尺度相近时,试件尺度会影响材料导热系数;单位空间的纤维根数与等效导热系数呈非线性正相关关系;但等效导热系数并非体积分数的单变量函数,还取决于纤维的连通性,有效长度愈小,则表明连通性愈好,等效导热系数愈大。

关键词：复合材料等效导热系数随机生成结构理论预测纤维

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流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

煤炭学报 2013年第10期38卷 1781-1785页

作者：王宏伟荣航辽宁工程技术大学科学技术处辽宁阜新123000

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数... 详细信息

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。

关键词：流热耦合组合岩体等效导热系数热传导对流换热

预测平纹编织C/SiC复合材料等效导热系数的三维纤维随机模型

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航空动力学报 2018年第6期33卷 1326-1335页

作者：左可军闻洁北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

提出了一种能够刻画平纹编织C/SiC复合材料编织结构的三维纤维随机模型,探讨了微观结构影响宏观等效导热系数的机理。采用蒙特卡罗法模拟纤维位置的随机分布,用有限元法计算等效导热系数,通过数理统计方法分析在不同纤维体积分数下等效... 详细信息

提出了一种能够刻画平纹编织C/SiC复合材料编织结构的三维纤维随机模型,探讨了微观结构影响宏观等效导热系数的机理。采用蒙特卡罗法模拟纤维位置的随机分布,用有限元法计算等效导热系数,通过数理统计方法分析在不同纤维体积分数下等效导热系数的随机分布规律;并且比较了相同纤维体积分数下,纤维随机模型平均等效导热系数与纤维周期排列模型等效导热系数的差别。结果表明:在不同体积分数下,纤维位置随机等效导热系数都呈高斯分布;纤维随机模型中纤维会出现聚集现象,形成局部"导热热障",所以纤维随机模型平均等效导热系数小于纤维周期排列模型,这种差异在中等纤维体积分数下最明显。

关键词：平纹编织C/SiC复合材料蒙特卡罗法等效导热系数有限元法三维(3D)纤维随机模型